起網起錨機設計及虛擬樣機建模

劉明　何洋　覃創業　劉桉彤　張梓昱

【摘 要】針對中小漁船捕魚機械配套難的問題，研發了新型的起網起錨機。分析并確定了摩擦鼓輪載荷的形式和計算方法，利用Pro/e和ADAMS建立了該機的虛擬樣機模型，為進一步分析該機的動力學特性奠定基礎。

【關鍵詞】起網起錨機；虛擬樣機；ADAMS

中圖分類號： S972.68 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0027-002

Starting Windlass Design and Virtual Prototyping Modeling

LIU Ming HE Yang TAN Chuang-ye LIU An-tong ZHANG Zi-yu

（School of Engineering，Bohai University，Jinzhou 121000，Liaoning Province，China）

【Abstract】In view of the difficulty of supporting small and medium-sized fishing boats fishing equipment， a new type of wind-up windlass has been developed. The forms and calculation methods of friction drum load were analyzed and determined. The virtual prototype model of the aircraft was established by Pro / e and ADAMS， which laid the foundation for further analysis of the dynamic characteristics of the aircraft.

【Key words】Net anchor winch； Virtual prototype； ADAMS

0 引言

近年來，隨著捕魚技術裝備的日新月異，我國的漁業捕撈裝備發展迅速。目前，在我國多數沿海地區，現有的漁船起錨機與捕魚起網機不相關聯，起錨機和起網機獨立工作，這樣無形中增加了設備購置成本和人工勞動強度，降低了作業效率[1-3]。因此，研制中小漁船起網起錨設備，對提高生產安全性和捕撈效率具有重要意義。

針對以上問題，研發了一種新型的起網起錨機，該機被固定安裝在船體甲板上，通過船體上的液壓系統控制馬達工作，通過改變馬達的輸出轉向，起網、起錨工作一人可完成操作，節約資金成本，提高勞動生產率，結構更加緊湊，占地空間小。

1 起網起錨機的結構及工作原理

起網起錨是由箱體、齒輪、軸、摩擦轂輪、起錨鼓輪、連接盤、底座座等幾部分組成，其結構簡圖如圖1（a）、（b）所示。

（a）正視圖

（b）側視圖

起網起錨機的馬達輸出軸與變速箱內的輸入軸連接配合并帶動輸入軸上的齒輪（Z1）與Z2、Z3兩齒輪嚙合，同時齒輪（Z1）帶動介輪（Z4）分別與Z5、Z6兩齒輪相嚙合，最后由與Z2、Z3、Z5、Z6齒輪相配合的輸出軸帶動纏繞在摩擦轂輪的網綱，將網具平穩的收起。起錨時，將纜繩纏繞在起錨鼓輪，啟動馬達帶動二個起錨轂輪旋轉，實現起錨。

2 摩擦鼓輪載荷模型

2.1 摩擦鼓輪摩擦力

該機起網過程中摩擦鼓輪的受力情況圖如2所示。摩擦鼓輪主要承受網綱拉力F、摩擦力f以及拉力FT，以輸出軸Ⅰ的摩擦鼓輪為研究對象確定摩擦鼓輪的摩擦力，其它摩擦鼓輪可采用同樣方法計算。

設網綱圓弧AMB段兩邊所受拉力為F和F1，將圓弧AMB分為n等份，每小段網綱長設為△l，當n→∞時，△l受摩擦力幾乎為零，每小段網綱兩端的拉力可視為相等，即F=F1，每小段網綱上的各點所受壓力均勻分布，則總壓力N為

N= krcosθdθ=2krsin =2Fsin （1）

式中：α1—包角（rad），k—壓力密度（N/m3），r—摩擦鼓輪半徑（m）。

由上式得單位長度摩擦鼓輪的壓力為

k=F/r（2）

考慮摩擦力的影響，單位長度網綱的摩擦力為

f=kμ=Fμ/r（3）

式中：μ—摩擦系數。

設圓弧AMB中任意一段（第i段）網綱兩邊的拉力及其摩擦力分別為Fi，Fi+1，fi，有

Fi+1≈Fi+fi=Fi+△lkμ=Fi+ μ=Fi（1+ ）（4）

得 =1+ （5）

由上式可得

F= F （1+ ） =F e =F e （6）

同理，可確定F2，F3，F4，FT

F =F/e F =F/e F =F/e F =F/e （7）

當網綱纏繞摩擦鼓輪的圈數較多時，設等效摩擦力為fi，有fi'= e μdl=F （e -1）（8）

式中：m—纏繞圈數。

3 虛擬樣機建模

基于Pro/e的變量化設計和實體造型技術，根據相關設計參數完成各零件的建模以及裝配，建立起網起錨三維實體模型如圖3所示。

利用Mechanism/pro接口軟件，將模型導入Adams/view中。根據前述摩擦鼓輪負載計算方法相關參數對虛擬樣機模型添加載荷及驅動，定義各零部件的材料屬性等，完成Adams/view軟件操作環境和虛擬樣機分析的前處理階段。

4 結論

研發了新型的起網起錨機，該機具有操作簡單，安全，實用性強等優點。利用Pro/e和ADAMS建立該機的虛擬樣機模型，為進一步改進其設計參數，減少人工作業勞動強度，提高捕撈效率，具有較強的實踐指導意義。

【參考文獻】

[1]王傳榮.我國海洋漁業裝備亟待升級[J].中國船檢，2012 （10）：57-59.

[2]黃一心，徐皓，劉晃，等.我國漁業裝備科技發展研究[J].漁業現代化，2015，42（4）：68-74.

[3]農業部漁業政管理局.中國漁業統計年鑒[M].北京：中國農業出版社，2016.endprint